生物化学 第十二章 脂类的代谢

CoA
肉 碱 转 运 脂 酰 进 入 线 粒 体
CoA
脂肪酸通过脂酰肉碱/肉碱 运输体进入线粒体
脂 肪 酸 氧 化
柠 檬 酸 循 环
氧 化 磷 酸 化
脂 肪 酸 氧 化 步 骤
β
3.脂酰CoA的β -氧化过程
脂酰CoA进入线粒体基质后， 经脂肪酸 β -氧化酶系的催化作用，在脂酰基β -碳原 子上依次进行脱氢、加水、再脱氢及硫解4步 连续反应，使脂酰基在α 与β -碳原子间断裂， 生成1分子乙酰CoA和少2个碳原子的脂酰CoA， 具体步骤如下:
的两个高能键； • Acyl-CoA由carnitine运入线粒体，限速酶： CAT-Ⅰ； • β-Oxidation（mitochondrion）: 包括
dehydrogenation
、hydration 、dehydrogenation 、
thiolysis四个重复步骤。
电子传递黄素蛋白
脂肪酸-氧化的生理意义
OH O 烯 脂 酰 CoA脱 氢 酶 O
+ + + NADH H
O
RCH2 CH CH C SCoA NAD
L-β-羟脂酰CoA
RCH2 C CH C SCoA
β-酮脂酰CoA
（4）硫解 在β-酮脂酰CoA硫解酶催化下，β酮脂酰CoA与CoA作用，硫解产生 1分子乙 酰CoA和比原来少两个碳原子的脂酰CoA。
Glycolysis
脂肪
O=
脂肪酶 甘油+脂肪酸
O= O=
CH2-O -C-R1 H2O R3COOH CH2-O -C-R1 R2-C-O-CH R2-C-O-CH 三酰甘油脂肪酶 CH2OH CH2-O -C-R3
O= -
O=
H2O
R1COOH
二酰甘油脂肪酶
CH2OH H2O R2COOH CH2OH R2-C-O-CH HCOH CH2OH 单酰甘油脂肪酶 CH OH O=
（二）脂肪的吸收
脂肪或 肌肉 细胞
血管
小肠
小肠上皮细胞
乳糜微粒
将脂从小 肠上皮细 胞运到毛 细血管中
信号作用、被LPL识别
LPL 水解三 酰甘油
磷脂 胆固醇 三酰甘油酯 胆固醇酯
chylomicron particle 乳糜微粒
（三）脂 肪 的 水 解（脂肪的动员）（饥 饿等状况下）
脂肪酶为激素敏感 肾上腺素、去甲肾上腺素、胰高血糖素 激活 胰岛素 抑制
反刍动物瘤胃中碳水化合物经 细菌发酵产生大量丙酸、短链FA及 有机酸氧化产生丙酸、一些枝链氨 基酸(Val,Ile)降解也产生丙酸，因此 丙酸代谢也十分重要。
丙酸代谢(1)
丙酸代谢(2)
（三）
奇 数 碳 原 子 脂 肪 酸 氧 化
丙酰CoA羧化酶
生物素
D-甲基丙二酰CoA
消旋酶
辅酶B12
甲基丙二酰CoA 变位酶
106 个ATP 软脂酰CoA + 7FAD+7NAD+ + 7CoA-SH + 7H2O 8乙酰CoA + 7FADH2 + 7(NADH + H+)
• 总结：
脂肪酸β氧化最终的产物为乙酰CoA、NADH和 FADH2。假如碳原子数为Cn的脂肪酸进行β氧化， 则需要作（n/2－1）次循环才能完全分解为n/2个 乙酰CoA，产生(n/2－1)个NADH和(n/2－1)个 FADH2；生成的乙酰CoA通过TCA循环彻底氧化成二 氧化碳和水并释放能量，而NADH和FADH2则通过呼 吸链传递电子生成ATP。至此可以生成的ATP数量为：
•为机体提供比糖氧化更多的能量 •乙酰CoA还可作为脂肪酸和某些AA的合成原料 •产生大量的水可供陆生动物对水的需要
在植物体内，脂肪酶主要存在脂体、油 体以及乙醛酸循环体中。油料种子萌发 时，脂肪酸β-氧化就是在乙醛酸循环体 内进行的。
三、不饱和脂肪酸的氧化
场所：线粒体 脂肪酸活化与转运同饱和脂肪酸 （一）单不饱和脂肪酸 异构酶 （二）多不饱和脂肪酸 异构酶、还原酶
n n 1 (1.5 2.5) 10 2 2 2
以软脂酸（16C）为例计算其完全 氧化所生成的ATP分子数：
16 16 1 1.5 2.5 10 2 106 2 2
1.计算1mol 硬脂酸（C18）完全氧化生成多少ATP? 2.1mol三硬脂酸甘油酯完全氧化生成ATP的数量？
EMP
乙酰COA
CHO CHOH CH2O-P
- -
- -
二、脂肪酸的氧化
场所：线粒体基质（真核） 细胞溶胶 （原核） 脂肪酸β -氧化是在脂酰基β -碳原子上进行 脱氢、加水、再脱氢和α 与β - 碳原子之间断裂 的过程。 此过程是在一系列酶的催化下完成的。 脂肪
酸必须先在胞液中活化为脂酰CoA，然后进入线
RCO-SCoA (CH3)3N CH2CH CH2COOH OH 肉碱
+
CoA-SH
+
肉碱脂酰 转移酶
(CH3)3N CH2CH CH2COOH RCO-O 脂酰肉碱
肉 碱 转 运 脂 酰 进 入 线 粒 体
此过程为脂肪酸β -氧化的限速步骤，CAT-l是限速 酶，丙二酸单酰CoA是强烈有竞争性抑制剂。
CH3CO~SCoA 乙酰CoA
（1）脱氢 脂酰CoA经脂酰CoA脱氢酶催化， 在其α和β碳原子上脱氢，生成△2反烯 脂酰CoA，该脱氢反应的辅基为FAD。
脂 酰 CoA脱 氢 酶 RCH2CH2CH2C SCoA RCH2C C C SCoA oA FAD
脂酰CoA
O
H O
FADH2
H
烯脂酰CoA
1.计算1mol 硬脂酸（C18）完全氧化生成多少ATP?
18 18 1 1.5 2.5 10 2 120 2 2
2. 1mol三硬脂酸甘油酯完全氧化生成多少ATP？
18.5＋3×120＝378.5
候鸟迁徙时所需能量主要来自 于脂肪酸的氧化。
对某些动物来说，脂肪酸氧化 的代谢水是重要的资源。
（2）加水（水合反应） △2反烯脂酰CoA在△2反烯脂酰 CoA水合酶催化下，在双键上加水 生成L-β-羟脂酰CoA。
H O RCH2C C C SCoA H
△ 反烯脂酰CoA
2
H2O
OH
O
RCH2 CH CH C SCoA
L-β-羟脂酰CoA
烯 脂 酰 CoA水 合 酶
（3）脱氢 L-β-羟脂酰CoA在L-β-羟脂 酰CoA脱氢酶催化下，脱去β碳原 子与羟基上的氢原子生成β-酮脂 酰CoA，该反应的辅酶为NAD+。
第十二章 脂类的代谢
第一节 脂肪酸的分解代谢
脂肪的生理功能
• 生物膜的结构组分：磷脂、糖脂 • 糖蛋白的膜定位 • 储能物质、燃料分子（氧化时每克可释放 出38.9 kJ 的能量，每克糖和蛋白质氧化 时释放的能量仅分别为17.2 kJ和23.4 kJ。）
• 信号传导：激素、胞内信使
一、脂质的消化、吸收和传送
2 Δ －烯脂酰CoA H2O 水化酶 OH O β α SCoA L(+)β －羟脂酰CoA RCH CH2C ～+ L(+)β －羟脂酰 NAD
(dehydrogenation) (hydration)
②加水
NADH+H + CoA脱氢酶 O O β α RC CH2C ～SCoA β －酮脂酰CoA
限速步骤，磷酸化的脂肪酶有活性，动物的脂肪酶存 在于脂肪细胞中，而植物的脂肪酶存在脂体、油体及 乙醛酸循环体中。
- -
- 2
（四）甘 油 的 氧 化 分 解 与 转 化
动物的脂肪细胞中无甘油激酶，则甘 油需要经血液运到 肝细胞中进行氧化 分解。

CH2OH ATP ADP+Pi HCOH 甘油激酶 CH2OH
奇数碳原子FA的氧化
• 脂酰CoA脱氢酶不能作用丙酰CoA • 丙酰CoA+ATP+CO2 丙酰CoA羧化酶
生物素
甲基丙二酸单酰CoA+ADP+Pi
VB12 甲基丙二酸单酰CoA变位酶
(3) 再脱氢
L-β-羟脂酰CoA脱氢酶
OH RCH2 CH CH2 CO~SCoA L-β-羟脂酰CoA + NAD NADH+H
+
(4) 硫解
O RCH2C CH2CO~SCoA β-酮脂酰CoA CoA-SH β-酮脂酰 CoA硫解酶 (1) 脱氢 RCH2CO~SCoA 脂酰CoA(14C)
（一）脂肪的消化 发生在脂质-水界面处 场所：胃、小肠上皮细胞 酶：胃脂肪酶、胰脂肪酶（辅脂酶）、 磷脂酶、 胆固醇脂酶
胆固醇核
胆汁盐
增加表面积、乳化作用
牛磺胆酸
-COOH 胆酸 胆酸-Gly 甘氨胆酸
甘油三酯（triacylglycerol）
CH2—O —C—R1 无 非 水极 R2—C—O—C—H 状性 态化 CH2—O —C—R3 存 合 储物
Fra Baidu bibliotek
3～ P 呼吸链
H2O
③脱氢
(dehydrogenation)
(少两个碳原子)
β －酮脂酰CoA HSCoA 硫解酶 O O 脂酰CoA RC ～SCoA + CH3C ～SCoA
④硫解 (thiolysis) 乙酰CoA
脂肪酸β-Oxidation要点
• 脂肪酸仅需活化一次（cytosol），消耗一个ATP
O
脂肪酸
RCH2CH2C 脂酰CoA 合成酶
OH
ATP+HSCoA AM P+PPi O
脂酰CoA
RCH2CH2C ～SCoA
C 线粒体内膜 O RCH2CH2C ～SCoA 脂酰CoA FAD 2～ P 脂酰CoA脱氢酶 ①脱氢 FADH2 H2O 呼吸链 O 2 β α 反 Δ －烯脂酰CoA RCH CHC ～SCoA
R1、R2、R3可以相同，也可以不全相同 甚至完全不同， R2多是不饱和的。
O=
O=
—
O=
—
甘油磷脂
o
R2 C O CH2 O C R1
o
CH CH2
o–
o
P
o X
X= – H 磷脂酸 （PA）
o-
X= – CH2 – CH2 – N+(CH3) 3磷脂酰胆碱 X= – CH2 – CH–NH2 磷脂酰丝氨酸 COOH
(1) 脱氢
RCH2CH2CH2CO~SCoA 脂酰CoA(16C)
脂酰CoA脱氢酶
FAD
2~ P H2O 呼吸链
H (2) 加水 RCH2C C CO~CoA H 2 反 -烯酰CoA水化酶 H2O RCH2 OH CH CH2
FADH2
2 反 -烯酰CoA
CO~SCoA
L-β-羟脂酰CoA
高能化合物
2. 脂酰CoA进入线粒体
脂肪酸氧化的酶系存在线粒体基质内，但胞液中活化 的长链脂酰CoA（12C以上） 却不能直接透过线粒体内 膜，必须与肉碱(carnitine，L-β -羟-γ -三甲氨基丁 酸) 结合成脂酰肉碱才能进入线粒体基质内。 反应由肉碱脂酰转移酶(CAT-1和CAT-ll)催化：
O O 硫解酶 CoASH
β-酮脂酰CoA 脂酰CoA 乙酰CoA
O
O
RCH2 C CH C SCoA
RCH2C SCoA + CH3C SCoA
酯酰CoA 乙酰CoA
脂酰CoA
脂 肪 酸 氧 化
β
酮脂酰CoA
烯酯酰CoA
H2O
羟脂酰CoA
脂肪酸β-氧化
(四) 脂肪酸-氧化产生的能量
软脂酸（16碳）经7次-氧化生成： • 8个乙酰CoA （10） 80 • 7分子FADH （1.5） 10.5 108个ATP • 7分子NADH （2.5） 17.5 • 活化消耗1分子ATP中两个高能磷酸键
磷酸酯酶
CH2OH NAD+ NADH +H+ HCOH 磷酸甘油脱氢酶 CH2O-P
CH2OH C=O CH2O-P
CO2+H2O
糖代谢与脂代谢通过磷酸二羟丙酮联系起来。
甘油可生糖，但脂肪酸几乎不能生糖
- -
葡萄糖 CH3 C=O COOH
- -
- -
异 磷 构 酸 酶 丙 糖
糖异生
TCA
粒体β-氧化。
1. 脂肪酸活化为脂酰CoA（胞液）
位于内质网和线粒体外膜的脂酰CoA合成酶 催化脂肪酸与CoA-SH 生成活化的脂酰CoA。
脂酰CoA合成酶
Mg2
+
RCOOH + CoA—SH 脂肪酸
RCO~SCoA 脂酰CoA
ATP
AMP+PPi
H2O
反应不可逆
2Pi
无机焦磷酸酶水解
脂酰腺苷酸
油酰CoA
烯酰CoA异构酶 Δ3-顺-12 -烯酰CoA
单 不 饱 和 脂 肪 酸 的 分 解
Δ2-反-12 -烯酰CoA
烯酰CoA还原酶
烯酰CoA异构酶
（三）奇数碳脂肪酸的氧化
有少量的奇数碳脂肪酸，氧化时经多次 -氧化最终产生丙酰CoA. 剩下的问题就是丙酸代谢。 丙酸代谢可有两条途径: 1.生成琥珀酰CoA进入TCA； 2.通过-羟丙酸支路，最终生成乙酰CoA 进入TCA（植物、微生物中普遍）。